精细化温度预报技术

1、概述

由于全球气候变化的影响，严寒、高温热浪、短时强降水等极端天气现象频发，民众对于天气预报的要求和关注度也越来越高，特别是对于极端气温，其预报是否准确、及时，直接影响到人们的生产生活。温度的预报是天气预报的重要组成部分，对于高温低温的预警、医疗气象指数、生活服务指数、舒适度等公共预报服务项目，以及针对供热供电等系统的专业预报服务，都需要准确而精细的温度预报作为基础。但是目前常规发布的最高最低气温预报已经远远不能满足社会的需求，需要提供时间和空间上更为精细的温度预报。现有基于中尺度气象模式的温度预报在空间上不能满足精细化预报和服务的要求，在实际应用中往需要在现有数值预报的基础上加以降尺度订正。现阶段乡镇温度预报通常是建立在数学统计的基础上，结合预报员的经验开展，物理含义不明确，较少考虑下垫面的影响，预报效果往往取决于统计样本的好坏。而城乡下垫面差异对温度分布的影响已经被很多学者认识，这是由于城乡下垫面地表类型的改变，影响了地表能量平衡，进而影响了城市地表的温度分布。因此，有必要从这一认识入手，基于现有中尺度预报模式，开发基于城乡热通量变化的温度降尺度订正技术并业务应用，具有重要意义。

2、技术特点

在对地表温度的模拟的基础上，针对地表上空的空气块，考虑空气块的水平及垂直方向的能量收支变化实现近地面气温的模拟，以此模型为基础开发了上海地区温度精细化预报系统，该系统以欧洲中心再分析产资料作为初始场及欧洲中心三小时湿度、云量、气压、风向风速等预报资料经过时间和空间插值做为上海地区精细化温度分布方法的输入量，初步实现了上海地区的逐小时温度精细化预报。将模型预报结果与欧洲中心的预报结果进行了对比，结果表明较欧洲中心预报产品，本模型对于精细化气温预报更具有参考价值。系统所需资料在气象部门较容易获得，易于推广。该地表温度和气温的降尺度诊断模型只要对下垫面类型进行替换，可以方便的移植到其他城市或地区开展相应业务，为实现精细化的温度预报和研究城市热岛及热环境提供了新的技术手段。

3、关键技术

3.1 地表温度模拟技术

基于地表辐射参数化方案(NARP)计算城市净辐射通量，然后利用客观滞后模型(OHM)计算地表储热通量，再利用强迫恢复法来计算表面温度。通过上海地区高分辨率卫星资料获得不同地表类型覆盖比例，以每个格点中各地表覆盖类型所占面积比例为权重计算格点的平均地表温度。

3.2 地表气温模拟技术

充分考虑城市建筑物、地表热辐射、人为热源以及空气流动对近地层空气温度的影响，对不同下垫面类型表面气温进行区分，使得模拟的气温更贴近人体感受。

3.3 上海精细化温度模拟系统开发

在地表温度及地表气温模拟技术的技术基础上，以欧洲中心数值模式预报产品作为初始场开发上海地区精细化预报系统，获得的逐小时2km*2km的格点化地表温度和气温预报结果。

地表温度计算框图

模型变量计算过程

系统运行框架

产品制作系统截图

温度精细化模拟三维页面展示